3D打印纯铜、纯银及铜银合金一体结构，推动定制材料和制造领域创新

在不牺牲结构完整性的前提下进行高效的热管理对许多行业和应用来说都具有挑战性，这些行业和应用仍然需要新材料和高效结构的发展。这在一定程度上是由消费电子、汽车、航空航天、国防、医疗保健和可再生能源等高端制造行业所推动。

在热传递方面，即使是很小的改进也会对冷却效果产生显著影响，而有效的热管理可以大幅减少材料浪费，同时提高部件的可靠性和寿命。此外，如电动汽车、射频、高功率发光二极管、太阳能电池和固态激光光源等新产品系统都有显著的散热需求。因此，人们普遍认为，许多行业局部高热量通量和非均匀散热需求将需要材料和制造技术的进步，以有效地消散未来系统和设备的热负荷。

增材制造技术位于可能实现高效热管理设备的潜在技术的前沿，这主要得益于改进的几何形状、材料和具有高传热性能的超材料的可制造实现性。汽车、航空航天和电子等行业对高性能金属合金的需求正在增加，在这方面，激光粉末床熔融（L-PBF）是制造复杂金属部件最有前景的增材制造技术之一。

银（Ag）和铜（Cu）具有相比其他金属材料更好的热性能。银的热导率和热扩散率分别为415W/mK和165mm²/s，在所有金属中表现最佳。其次是铜，其热导率和热扩散率分别为397W/mK和111mm²/s。因此，银和铜在激光粉末床熔融（L-PBF）技术中作为热管理的基础材料和合金元素受到了越来越多的研究关注。然而，采用传统基于红外激光的LPBF装备，要实现可接受的部件密度，需要使用功率相对较高的激光器（约1千瓦），而当前基于绿光的设备则为这些高反射金属的3D打印带来了契机。到目前为止，对高纯度银、铜和铜银合金的L-PBF加工的研究还很有限。

以高效高功率密度的电动机为例，其在推动脱碳努力和实现汽车、航空航天和能源领域净零排放目标方面将发挥至关重要的作用。为了实现电动机功率密度的显著提升，需要同时提高效率，可以通过优化材料、有针对性的导体几何形状和拓扑结构以及集成的热管理策略来实现。在这方面，增材制造（AM）提供了无与伦比的设计自由度，使得通过传统制造技术无法实现的最优绕组几何形状成为可能。而如能通过3D打印技术将设计优化原则和特定应用材料结合在一起，可以实现卓越的性能，同时能够以经济高效的方式减轻电机部件的重量。

纯铜、纯银及铜银合金一体结构

3D打印技术参考注意到，来自 伍尔弗汉普顿大学 的研究人员此前设计和制造了由纯铜、纯银和铜银合金整体式线圈和热交换器一体结构，以期在特定位置采用特定材料来改进产品的效能。该团队发现研究发现，L-PBF技术3D打印的纯Ag的热性能明显高于纯Cu和Cu-Ag；与纯Ag和Cu-Ag合金相比，纯Cu则具有更好的导电性能；此外，纯铜、纯银和市售铜变体相比，L-PBF技术制造的Cu-Ag合金的强度性能明显更高。 因此，研究团队使用纯铜制造线圈，纯银制造热交换器，高纯度铜银合金制造需要额外强度的热交换器连接。由此开发制造了具有不同材料分布的优化的流体流动和传热TPMS结构。

纯铜、纯银及铜银合金一体结构

随着计算机辅助仿真、设计工具、定制材料和先进制造技术的最新发展，人们现在可以识别出解决复杂问题的新颖技术，这些技术超越了传统制造的局限性。将功能材料与再生设计和激光粉末床融合（L-PBF）技术相结合，已经推动了定制材料和制造领域的创新。

FRAUNHOFER IGCV 3D打印的多材料部件

这些新兴技术和材料的结合为制造业带来了无限的可能性，不仅提高了生产效率和产品质量，还拓宽了材料科学的应用范围。通过计算机辅助设计和仿真，工程师能够更精确的预测和优化产品的性能，从而满足客户对产品越来越苛刻的需求。同时，定制材料和金属基复合材料的开发使得产品能够在特定环境中表现出更好的性能，如更高的强度、更好的耐腐蚀性或更低的热导率等。

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